【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及骨修復材料的制備技術，具體涉及一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料及其制備方法。
技術介紹
1、螺釘是可用于骨折部位固定的內固定器件，臨床上一般單獨或與接骨板組合使用。現使用率最高的為金屬螺釘材料，但是由于其應力遮蔽、需要二次手術、易引起炎癥等原因，導致患者在使用過程中會產生不適或巨大的生理/心理負擔。針對目前金屬材料的缺點，近年來科學家研發了多種新型可降解螺釘材料，如羥基磷灰石螺釘、聚乳酸螺釘等，在植入之后可以實現體內降解，有效減小二次手術對患者帶來的痛苦。由于可降解螺釘的發展仍出于初期，相關技術尚未成熟，如羥基磷灰石螺釘易發生脆斷、聚乳酸螺釘生物活性不顯著等問題，仍亟待解決。
2、針對上述問題，本專利技術受到樹木年輪結構的啟發：樹木伐倒后，在樹墩上可以看到有許多同心圓環，植物學上稱為年輪。年輪是樹木在生長過程中受季節影響形成的，一年產生一輪。由于存在年輪結構，樹木的彎曲強度非常優異，可以抵抗如強風等作用。因此，如果將該結構引入到螺釘之中，是否可以對其實現增強？其次，羥基磷灰石對于促成骨具有非常良好的效果，但是由于其易發生團聚，在聚合物基體之中分散的情況不佳，導致其納米復合的添加量有限。而go作為一種表面含有大量含氧官能團的新型納米填料，在水中具有良好的分散性能，并且大量含氧官能團可以作為羥基磷灰石成核的位點。因此，如果能將go作為內核，在其表面復合羥基磷灰石從而制備全新的具有高分散性和促成骨活性的納米填料，對于螺釘的功能升級具有巨大的推動作用。
3、因此，本專利技術提出了一種基
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對傳統骨修復水凝膠機械強度差和成骨活性不顯著等問題，提供一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料及其制備方法。
2、本專利技術采用以下技術方案實現：
3、一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，包括：
4、1)首先編織具有不同直徑梯度的聚乳酸-羥基乙酸共聚物(plga)纖維圓筒材料；
5、2)使用原位礦化工藝在氧化石墨烯(go)表面礦化羥基磷灰石得到go/ha納米填料，同時使用冷凍-爆破法制備復合有go/ha的堿溶殼聚糖/纖維素混合溶液，低速離心脫泡；
6、3)將不同直徑的纖維圓筒同心套設，固定于開口圓筒模具中，貼壁澆筑上述溶液，連同模具共同轉移至60-80℃條件下原位凝膠化；
7、4)透析后，轉移至旋轉烘干裝置內進行干燥脫水，按照圖紙車削加工后得到所需的高強度納米復合螺釘材料。
8、進一步的，所述步驟1)中纖維圓筒直徑為3-49mm，從小到大等間距設置，纖維圓筒設置個數為3-15個。
9、進一步的，所述步驟2)中原位礦化工藝為將go加入表面礦化溶液中，go的直徑約為3-6微米，濃度為0.01-0.08wt％；表面礦化溶液配方為：氯化鈉50-70mm，磷酸氫二鈉20-30mm，氯化鉀60-100mm，磷酸氫鉀5-10mm，硫酸鎂0.4-0.75mm，氯化鎂0.8-1.2mm，氯化鈣4-6mm，碳酸氫鈉0.2-0.4mm，磷酸氫二鈣0.4-0.6mm，硫酸鈉0.025-0.05mm，hepes13-25mm，溶劑為去離子水；礦化溫度為35-37℃，礦化時間為1-7天，攪拌速率為30-60r/min；
10、進一步的，堿溶殼聚糖/纖維素溶液配方為：殼聚糖與纖維素的總濃度為4-10wt％，go/ha?0.5-10wt％，尿素5-7wt％，一水合氫氧化鋰7-10wt％，其余為去離子水，其中殼聚糖分子量100-200萬，脫乙酰度70-80％，纖維素100-200萬。冷凍-爆破法為將溶液攪拌溶脹30-60min后，置于-20--80℃條件冷凍，再對其進行鑿冰直至其冰完全融化，上述過程循環3-5次得到溶解完全的堿溶殼聚糖/纖維素混合溶液；低速離心脫泡工藝：轉速為1000-1500rpm，時間為5-15min。
11、進一步的，所述步驟3)中開口圓筒模具的直徑為2-5cm，高度為5-10cm，下端底座上設置有掛鉤用于固定纖維筒的下端，上端設置有支架用于固定纖維筒的上端；原位凝膠化時間為1-3h，凝膠化過程間隔30min對凝膠補充去離子水。
12、進一步的，所述步驟4)中旋轉烘干設備結構為：加熱烘干組件為兩根平行并列設置且可反向轉動的加熱螺桿，兩根螺桿本體上設置開設有細孔的不銹鋼筒。螺桿轉速為20-50r/min，加熱溫度為50-80℃。
13、相對于現有技術，本專利技術具有以下優點：
14、1)本專利技術以殼聚糖、纖維素、go、ha、plga纖維等作為原料，同時結合纖維編織、原位澆筑、熱凝膠化、納米復合、旋轉烘干和車削等組合工藝制得一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料，上述原料選擇及工藝組合為本專利技術獨創。
15、2)本專利技術中引入了納米復合以及仿木同心年輪增強策略。首先使用go作為內核在其表面原位礦化ha層，得到go/ha納米填料，該填料保留了go在水中的高分散性；當go/ha納米填料復合至殼聚糖/纖維素基體內部時，可以實現對聚合物基體的增強。另一方面，使用具有同心結構的纖維圓筒，通過原位澆筑的工藝讓纖維圓筒被均勻地固定于聚合物基體之內，形成仿木同心年輪結構用于對螺釘的增強；其中具有不同半徑的纖維圓筒固定于模具之中后，形成了與年輪類似的同心結構，澆筑溶液的時候，溶液滲透進入纖維圓筒內部，凝膠化后形成良好的滲入和機械咬合。當螺釘受到彎曲應力作用時，納米復合填料對于整個基體進行增強，而內部的同心纖維圓筒在聚合物基體開始發生形變時，通過纖維拔出增強機制，實現對裂紋發展的抑制，從而起到對螺釘增強的目的。上述上沖增強策列為本專利技術首創。
16、3)本專利技術中同時采用開口圓筒模具+纖維圓筒固定排布技術+原位澆筑及固化工藝，實現對具有同心纖維筒結構的納米復合螺釘材料。由于本專利技術設計了同心纖維圓筒結構，因此引入開口圓筒模具用于固定纖維圓筒的上下端，使得其可以按照直徑大小可以固定排布，為后續形成仿木同心年輪結構打下基礎；緊接著，通過原位澆筑工藝，貼壁將殼聚糖/纖維素溶液澆筑于模具之中，通過溶液的流動和滲透實現對模具的完全填充，同時使得纖維圓筒周圍被聚合物溶液所包裹，而纖維圓筒的固定排布又不會被破壞；最后在加熱原位固化工藝的作用下，成功實現聚合物溶液的凝膠化，得到螺釘的第一階段形態。本專利技術根據復合螺釘的結構以及實際制備需要，精心設計了上述組合工藝，實現了舊工藝的新應用，從而最終制得所需要的復合螺釘。
17、4)本專利技術中結合原位澆筑凝膠化+旋轉烘干+車削等組合工藝，使得螺釘先后經歷水凝膠-棒材-螺釘三種形態，最終制得所需的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料。首先通過原位澆筑凝膠化工藝，得到本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟1)中纖維圓筒直徑為3-49mm，從小到大等間距設置，纖維圓筒設置個數為3-15個。
3.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟2)中所述原位礦化工藝是將GO加入表面礦化溶液中，其中GO的直徑為3-6微米，濃度為0.01-0.08wt％；礦化溫度為35-37℃，礦化時間為1-7天，攪拌速率為30-60r/min。
4.根據權利要求3所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：所述表面礦化溶液配方為：氯化鈉50-70mM，磷酸氫二鈉20-30mM，氯化鉀60-100mM，磷酸氫鉀5-10mM，硫酸鎂0.4-0.75mM，氯化鎂0.8-1.2mM，氯化鈣4-6mM，碳酸氫鈉0.2-0.4mM，磷酸氫二鈣0.4-0.6mM，硫酸鈉0.025-0.05mM，HEPES13-25mM，溶劑為去離
5.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：所述冷凍-爆破法是將含GO/HA納米填料的堿溶殼聚糖/纖維素溶液，攪拌溶脹30-60min后，置于-20--80℃條件冷凍，再對其進行鑿冰直至其冰完全融化，上述過程循環3-5次得到溶解完全的堿溶殼聚糖/纖維素混合溶液。
6.根據權利要求5所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：所述堿溶殼聚糖/纖維素溶液配方為：殼聚糖與纖維素的總濃度為4-10wt％，GO/HA?0.5-10wt％，尿素5-7wt％，一水合氫氧化鋰7-10wt％，其余為去離子水，其中殼聚糖分子量100-200萬，脫乙酰度70-80％，纖維素100-200萬。
7.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：低速離心脫泡工藝為：轉速為1000-1500rpm，時間為5-15min。
8.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟3)中開口圓筒模具的直徑為2-5cm，高度為5-10cm；原位凝膠化時間為1-3h，凝膠化過程間隔30min對凝膠補充去離子水。
9.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟4)中旋轉烘干設備結構為：加熱烘干組件為兩根平行并列設置且可彼此反向轉動的加熱螺桿，兩根螺桿間上方放置一開設有細孔的不銹鋼筒用于置入待烘干樣品，螺桿轉速為20-50r/min，加熱溫度為50-80℃。
10.一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料，其特征在于，采用如權利要求1-9任一項所述的方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟1)中纖維圓筒直徑為3-49mm，從小到大等間距設置，纖維圓筒設置個數為3-15個。
3.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：步驟2)中所述原位礦化工藝是將go加入表面礦化溶液中，其中go的直徑為3-6微米，濃度為0.01-0.08wt％；礦化溫度為35-37℃，礦化時間為1-7天，攪拌速率為30-60r/min。
4.根據權利要求3所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：所述表面礦化溶液配方為：氯化鈉50-70mm，磷酸氫二鈉20-30mm，氯化鉀60-100mm，磷酸氫鉀5-10mm，硫酸鎂0.4-0.75mm，氯化鎂0.8-1.2mm，氯化鈣4-6mm，碳酸氫鈉0.2-0.4mm，磷酸氫二鈣0.4-0.6mm，硫酸鈉0.025-0.05mm，hepes13-25mm，溶劑為去離子水。
5.根據權利要求1所述的基于同心纖維筒結構的高強度納米復合螺釘材料的制備方法，其特征在于：所述冷凍-爆破法是將含go/ha納米填料的堿溶殼聚糖/纖維素溶液，攪拌溶脹30-60min后，置于-20--80℃條件冷凍，再對其進行鑿冰直至其冰完全融化，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：金曉強，嚴煜，滕王鍶源，陳亮，姚旻君，俞郅浚，葉招明，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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